高速板与高频板的特性及未来发展前景

时间： 2023-12-23 来源：赛孚官网

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随着5G通信的发展和建设，电子设备行业对高频高速板的需求越来越大。由于使用环境不同，高频板和高速板有很多共同的特点，也有一些区别。本文结合高频高速板的使用环境和板材树脂体系，阐述了高频板和高速板各自的特点，并对高频板和高速板的未来发展进行了展望。

一、5G网络对高频高速板块的需求

5G，第五代移动通信。蜂窝移动通信从模拟通信（1G）发展到现在流行的LTE（4G），经历了四次升级。2012年以来，5G网络的研究和测试进展迅速。过去，从1G到4G，主要场景是人与人之间的网络通信，而5G网络将满足万物互联，开启新一轮信息网络革命。5G通信产业链主要包括以下五个重要环节：

(1)网络规划设计（初步技术研究和网络建设规划）；
(2) 无线主要设备（核心网、基站天线、射频器件、光器件/光模块、小基站等，无线配套、网络覆盖和优化环节开始部署）；
(3)传输设备（无线设备之后需要有线传输链接，其次是光纤光缆、系统集成、IT支持、增值服务等）；
(4)终端设备（芯片与终端匹配）；
(5) 运营商。
除了以上五个重要环节，下面两个环节也很重要：
(6) PCB/CCL产业链（用于基站射频、基带处理单元、IDC和核心网路由器等）；
(7) 介质波导滤波器（基站射频）。

在5G建设过程中，不同行业产品工作使用的频带不同，进而导致不同行业不同产品对高频高速板材的要求不同。可见，5G网络是多频段微波的综合应用。因此，不同行业的产品选择高速板和高频板会有所不同。

二、高频高速板的特点

2.1 材料的介电常数Dk和介质损耗Df
说到高频高速板，难免要讲两个概念“介电常数-Dk”和“介电损耗-Df”。用于高速数字化信号传输的PCB介质层，不仅起到导体之间的绝缘层的作用，更重要的是它起着“特性阻抗”的作用，还影响信号传输速度、信号衰减和发热。.
介质损耗（Df）的大小表示信号传输的衰减程度。这种信号传输的衰减往往是产生热量而消耗。随着高频高速数字信号传输，信号衰减和热耗必然随着高频化高速数字化的信号传输而迅速增加。对于高频化和高速数字化信号传输来说，介质损耗（Df）越小越好。
在高速产品和高频产品的发展过程中，都是要求板材的介电常数（Dk）和介质损耗（Df）向更小的方向发展。但高频产品和高速产品对板材的需求仍存在一定差异。

2.2 高速材料特性
高速产品更注重板材的介电损耗（Df）。市场上常用的高速材料的等级也是根据介电损耗（Df）的大小来划分的。不同的基板材料根据基板的介电损耗分为常规损耗、中损耗、低损耗、极低损耗、超低损耗。）五个传输信号损耗对应等级。

2.3 高频材料特性
与高速材料相比，高频材料更注重材料介电常数（Dk）的大小和变化。高频产品对材料介电常数 (Dk) 的变化非常敏感。因此，高频材料的重点是介电常数（Dk）的稳定性，以及材料介质厚度、材料的温漂系数以及材料的频闪性能。业界对于高频材料并没有明确的分类标准，但是很多PCB厂家根据材料的介电常数（Dk）粗略地对高频板进行分类。具有相同介电常数 (Dk) 的材料被认为是相似的，可以相互替代。

在高频材料领域也有一种惯用的划分方式，即将材料分为聚四氟乙烯材料和非聚四氟乙烯材料。这与高频产品的应用领域密切相关。当前的射频领域可以分为两部分。一是频率在6GHZ以下常用的频率有3.5GHZ、2.7GHZ、1.8GHZ。主要产品为功率放大器，天线校准器，阵子等产品。另一部分是20GHZ以上毫米波领域常用的频率有24GHZ、66GHZ、77GHZ，主要产品为雷达产品。这主要是因为随着频率的增加，非聚四氟乙烯产品的频闪效应、介电损耗对信号传输的影响急剧增加，而聚四氟乙烯材料具有更好的性能特性。

三、高频高速板发展前景

传统覆铜板材料传输损耗大，无法满足高频信号传输质量的要求。因此，5G通信使用的PCB基板材料最重要的性能是满足高频高速的要求，以及一体化、小型化、轻量化、多功能和高可靠性的要求。特别是树脂材料要求低介电常数（Dk）、低介质损耗（Df）、低热膨胀系数（CTE）和高导热系数。目前，以聚四氟乙烯（PTFE）热塑性材料和碳氢树脂（PCH）类热固性材料为代表的硬质覆铜板，因其无与伦比的低介电性能占据了高频/高速PCB基板的绝大部分市场。近年来，聚苯醚（PPO或PPE）、双马来酰亚胺（BMI）、氰酸酯（CE）、三嗪树脂（BT）、苯并噁嗪（BOZ）和苯并环丁烯（BCB）及相关改性等新型树脂材料的高频/高速PCB基板。

聚苯醚（PPO或PPE），介电性能仅次于PTFE，是近年来备受业界关注的材料。

另外，PPO材料的可加工性比PTFE材料好很多，所以目前高速板中的极低损耗（Very Low Loss）和超低损耗（Ultra Low Loss）多采用改性PPO树脂，如作为松下 M6， M7N，联茂的IT968、IT988GSE。高频板材的树脂体系主要以聚四氟乙烯（PTFE）热塑性材料和碳氢树脂（PCH）为主。虽然可以获得极低的介电损耗（Df）和稳定的介电常数（Dk），但材料可加工性差不适合高多层板，更不适合HDI板的加工产品。随着5G通信的发展，高频产品的PCB复杂度也越来越高（传统高频PCB以单双面为主，多层板的发展甚至有HDI设计要求）近年来，材料开发商也采用 PPO 树脂来制作高频板。在保证板子具有极低的介电损耗（Df）和稳定的介电常数（Dk）的同时，以获得良好的PCB加工性。例如，联茂推出的IT-88GMW、IT-8300GA、IT-8350G、IT-8338G、IT-8615G等高频板材就是采用了改性PPO树脂和碳氢树脂的混合体系。在满足高频信号传输要求的同时，材料的可加工性大大增强。

一方面5G通信向更高速、更高频发展，必然要求材料介电损耗（Df）和介电常数（Dk）向更小的方向发展；另一方面，5G产品要求小型化和更多的统一化相应PCB必然向高多层甚至HDI方向发展，这就要求材料具有良好的可加工性。目前无论是从高频材料还是高速材料来看，使用聚苯醚（PPO或PPE）树脂都是一个很好的发展方向。

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